EP3474293B1 - Câble resistant au feu - Google Patents

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EP3474293B1
EP3474293B1 EP18198391.7A EP18198391A EP3474293B1 EP 3474293 B1 EP3474293 B1 EP 3474293B1 EP 18198391 A EP18198391 A EP 18198391A EP 3474293 B1 EP3474293 B1 EP 3474293B1
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cement
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cable
open
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Nexans SA
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    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Definitions

  • the present invention relates to a fire-resistant electrical and / or optical cable comprising at least one electrically insulating composite layer based on at least one cementitious material and at least one expanded organic polymeric material, and its manufacturing process.
  • electrical and / or optical cables intended for the transport of energy and / or for the transmission of data
  • electrical and / or optical safety cables resistant to fire, in particular halogen-free, susceptible operate for a given period of time under fire conditions, without being a fire propagator or generator of significant smoke.
  • These safety cables are in particular medium voltage energy transport cables (in particular from 6 to 45-60 kV) or low frequency transmission cables, such as control or signaling cables.
  • An energy and / or telecommunication cable is a cable intended for the transport of energy and / or for the transmission of data. It conventionally comprises one or more insulated conductive elements, or in other words one or more conductor (s) (electrical (s) and / or optical (s)) elongated surrounded by at least one layer electrically insulating.
  • the electrically insulating layer may typically be an electrically insulating polymer layer in physical contact with the electrical and / or optical conductor (s).
  • Said or said insulated conductive elements are surrounded by an external protective sheath intended to mechanically protect the insulated conductive element (s). In some cable constructions, there is only one layer which performs the two functions of electrical insulation and protective sheath.
  • the materials generally used to form the electrically insulating layer and / or said protective sheath are composite materials based on polymers, in particular silicone polymers, and various additives, in particular reinforcing fillers such as silica, and flame retardant fillers intended to improve their fire resistance.
  • EP 2,760,030 A1 to cover said cable with an electrically insulating layer comprising several superimposed insulating strips comprising mica and glass fibers, and a polymeric binder (eg polyorganosiloxane) in contact with each of said insulating strips.
  • an electrically insulating layer comprising several superimposed insulating strips comprising mica and glass fibers, and a polymeric binder (eg polyorganosiloxane) in contact with each of said insulating strips.
  • the production cost of said electrically insulating layer is high (eg very long preparation time) and it has a large footprint.
  • Cement is a pulverulent mineral matter forming with water or with a saline solution a binder cement paste, capable of agglomerating, hardening, various substances. Hardening occurs by simple hydration of calcium aluminates and calcium silicates and the bonding cement paste retains its strength and stability after hardening. This binding cement paste is also called cementitious material.
  • Cements are classified according to standard EN-197-1-2000 into five main families: Portland cement (CEM I), Portland composite cement (CEM II), blast furnace cement (CEM III), pozzolanic cement ( CEM IV) and composite cement or slag and ash cement (CEM V).
  • White cement is Portland cement without metal oxide. Artificial cement is generally obtained by baking mixtures of silica, alumina, lime carbonate, and optionally metal oxides such as iron oxide.
  • Geopolymers are considered as alternative binders which can replace the aforementioned cementitious materials.
  • Geopolymers are essentially mineral chemical compounds or mixtures of compounds made up of silico-oxide type units (-Si-O-Si-O-), silico-aluminate (-Si-O-Al-O-), ferro-silico-aluminate (-Fe-O-Si-O-Al-O-), or alumino-phosphate (-Al-OPO-), created by a geopolymerization process (ie polycondensation).
  • Geopolymers can be used alone or in admixture with organic polymers, mineral, metallic, or organic fibers (eg glass fibers, ceramic fibers, etc.), carbon, graphite, etc. depending on the type. application sought.
  • Geopolymers are generally capable of polymerizing and hardening at room temperature (geopolymer cements). It is also possible to accelerate the rate of polymerization and therefore the hardening of the geopolymers by subjecting them to a heat treatment.
  • geopolymers are those based on aluminosilicates designated under the term “poly (sialate)” [or “poly (silico-oxo-aluminate” or (-Si-O-Al-O-) n with n denoting the degree
  • poly (sialate) or “poly (silico-oxo-aluminate” or (-Si-O-Al-O-) n with n denoting the degree
  • aluminosilicate geopolymers result from the polycondensation of oligomers of oligo (sialate) type formed from a mixture of at least one aluminosilicate, an alkaline reagent (eg sodium or potassium silicate) and d
  • Geopolymers based on aluminosilicates have been grouped into three families according to the atomic ratio Si / Al, which can be equal to 1, 2 or 3.
  • poly (sialates) corresponding to the formula M n (- Si-O-Al-O-) n or (M) -PS the poly (sialate-siloxos) corresponding to the formula M n (-Si-O-Al-O-Si-O-) n or (M) -PPS
  • Geopolymer cements are used in many applications: design of new materials in the fields of civil engineering and construction, creation of sculptures, manufacture of partitions and fire doors for fire protection, and most recently as a structure of the "black box" on board aircraft.
  • US 2012/0094028 A1 describes a geopolymer-epoxy resin composite composition which can be used as a coating for a substrate, mortar, adhesive or molding material.
  • the composite composition is prepared by mixing a first composition comprising an epoxy resin crosslinking agent, a source of an aluminosilicate and amorphous silica with a second composition comprising an epoxy resin and an alkali silicate solution; and crosslinking the mixture at room temperature.
  • the solution described above is not suitable, in particular in terms of flexibility, adhesion and thermal protection, to be able to serve as an electrically insulating and fire-resistant layer in an energy and / or transmission cable. data, especially during a fire. Furthermore, it is not necessarily compatible with the preservation of the good mechanical and dielectric properties of the other constituents of an energy and / or data transmission cable (electrical and / or optical conductive element, other electrically insulating layers, screens, etc.).
  • the documents FR 3 049 948 A1 and FR 3 045 201 A1 describe power cables comprising an electrically insulating composite layer comprising an organic polymer material and a cementitious material.
  • the aim of the present invention is to overcome the drawbacks of the techniques of the prior art by proposing an energy and / or telecommunication cable having good fire resistance, while guaranteeing good mechanical properties, in particular in terms of flexibility. , and an advantageous cost price.
  • Another object of the invention is to provide a method of manufacturing a fire resistant cable which is simple, economical, easy to implement, and which makes it possible to lead to a cable which prevents the propagation of the flame, resists fire in order to to operate as long as possible, and limits its degradation in extreme thermal conditions such as a fire, while guaranteeing good mechanical properties, in particular in terms of flexibility.
  • the present invention firstly relates to a power and / or telecommunications cable comprising at least one elongated conductive element and at least one electrically insulating composite layer surrounding said elongate conductive element, characterized in that the electrically insulating composite layer comprises a material organic polymer with cells open and / or semi-open, and a cementitious material filling at least part of said open and / or semi-open cells.
  • the cable of the invention has good fire resistance while having good mechanical properties.
  • the electrically insulating composite layer is flexible enough to allow the handling of the cable (e.g. winding, bending, twisting) without causing prohibitive alteration of said layer which would have the consequence of reducing its cohesion and its fire resistance.
  • the electrically insulating composite layer remains intact from ambient temperature to temperatures greater than or equal to 1000 ° C. for a period of up to 120 min, in particular reached during a fire.
  • organic polymer material comprising open and / or semi-open cells means an organic polymer material comprising pores which are not sealed and form an interconnected network. Such an organic polymer material is different from a solid organic polymer material. It contains (before filling its open and / or semi-open cells with cementitious material) a large volume of gas (ie it contains pores filled with gas), and therefore has a high porosity, generally ranging from 50 to 80 % by volume, based on the total volume of the organic polymer material.
  • the pores communicate with one another through orifices of dimension much smaller than their average size.
  • the organic polymeric material is an expanded or foamed organic polymeric material.
  • the open and / or semi-open cells can have an average size ranging from 200 ⁇ m to approximately 2 mm, and preferably from 500 ⁇ m to approximately 1.2 mm.
  • the electrically insulating composite layer of the cable of the invention is a two-phase layer comprising a first phase consisting of the organic polymer material and a second phase consisting of the material cement and occupying the open and / or semi-open cells of said organic polymer material (said cells communicating with each other).
  • the open and / or semi-open cells are at least partly, and preferably completely filled with said cementitious material.
  • cementitious material means an inorganic solid material obtained without a sintering step and from at least one hardening or setting step, in particular by hydration or by polycondensation.
  • the cementitious material of the invention is therefore different from a ceramic.
  • a ceramic differs from a cementitious material in that it is obtained from at least one sintering step (densification of a powder under the effect of heat).
  • Aluminum (Al) is preferred.
  • the cementitious material comprises a geopolymer cement or is derived (ie is obtained from) from at least one mixture consisting of a conventional anhydrous cement and water or at minus a mixture consisting of a magnesium silicate, an alkaline silicate, an alkaline base and water.
  • the cable according to the invention meets at least any one of the following fire resistance standards: EN50200, IEC60331-1, EN50399, IEC60331-11, IEC60331-21, IEC60331-23, IEC60331-25, DIN4102, NBN713020 addendum 3, EN50577, IEC600332-1, NFC32070 CR1 and BS6387CWZ.
  • the electrically insulating composite layer defined above satisfies the fire resistance standard IEC 60331-1.
  • the composite layer of the invention is transformed under the effect of a high temperature, in particular a temperature above 1000 ° C. generally reached during a fire, to form a cohesive residual layer which protects the cable, and in particular the layers. underlying and / or the elongated conductive element.
  • the electrically insulating composite layer preferably has a substantially constant thickness and in particular constitutes a continuous protective envelope.
  • the electrically insulating composite layer preferably has a thickness ranging from 0.1 to 3 mm approximately, and more preferably ranging from 0.5 to 2 mm approximately.
  • the thickness of the electrically insulating composite layer is less than 0.3 mm, the fire resistance of said layer is not ensured and the thermal protection of the cable of the invention is not sufficient.
  • the organic polymer material has open or semi-open cells. Open cells are however preferred in order to optimize the fire resistance of the cable (e.g. cell filling is facilitated).
  • the open and / or semi-open cells of the organic polymer material are preferably at least partly, and preferably mainly, located on the surface of the electrically insulating composite layer. This further improves the fire resistance of the cable.
  • the cementitious material comes from at least one mixture consisting of a conventional anhydrous cement and water.
  • the hardening then comes from the hydration of calcium silicates and calcium aluminates.
  • the anhydrous cement can be Portland cement, and in particular white cement or slag and ash cement.
  • the aforementioned cements are well known to those skilled in the art.
  • the cementitious material comprises a geopolymer cement.
  • the term “geopolymer cement” or “hardening of a geopolymer composition” indicates that the hardening takes place by an internal reaction of the polycondensation type or of the hydrothermal type and that it is not the result of a simple drying, as is generally the case for binders based on alkali silicates.
  • geopolymer cements result from a mineral polycondensation reaction by alkaline activation, called geosynthesis, as opposed to traditional hydraulic binders in which hardening is the result of hydration of calcium aluminates and calcium silicates.
  • the geopolymer cement can be an aluminosilicate geopolymer cement, in particular which can have an Si / Al molar ratio ranging from 1 to 35.
  • the aluminosilicate geopolymer cement can be chosen from the poly (sialates) corresponding to the formula (I) M n (-Si-O-Al-O-) n [(M) -PS], the poly (sialate-siloxos) corresponding to formula (II) M n (-Si-O-Al-O-Si-O-) n [(M) -PPS], and the poly (sialate-disiloxos) corresponding to formula (III) M n ( -Si-O-Al-O-Si-O-Si-O) n [(M) -PSDS], formulas in which M represents at least one alkaline cation K, Na, Li, Cs or a mixture thereof, and n denoting the degree of polymerization.
  • the Si / Al molar ratio is 1
  • the Si / Al molar ratio is 2
  • the Si / Al molar ratio influences the mechanical properties of geopolymer cement, in particular its properties of resistance to mechanical stress.
  • the cement geopolymer is chosen from compounds in which the Si / Al molar ratio ranges from approximately 1.9 to 3 and even more preferably from approximately 1.9 to 2.5.
  • the choice of these geopolymer cements makes it possible to have an electrically insulating composite layer resistant to fire while being flexible enough to allow the cable according to the invention to be handled without causing cracks in said electrically insulating composite layer.
  • the geopolymer cement represents at least 50% by mass approximately, preferably at least 70% by mass approximately, and more preferably at least 90% by mass approximately, of the total mass of the cementitious material.
  • a cementitious material comprises silicon (Si), aluminum (Al), oxygen (O), and at least one element chosen from potassium (K) , sodium (Na), lithium (Li), cesium (Cs) and calcium (Ca).
  • the cementitious material comes from at least one mixture consisting of a magnesium silicate, an alkaline silicate, an alkaline base and water.
  • a cementitious material according to the third embodiment defined above comprises silicon (Si), magnesium (Mg), oxygen (O), and at least one element chosen from potassium (K), sodium ( Na), lithium (Li), cesium (Cs) and calcium (Ca).
  • the cementitious material preferably represents from 30 to 80% by mass approximately, and even more preferably from 50 to 70% by mass approximately, relative to the total mass of said electrically insulating composite layer.
  • the cementitious material of the composite layer may also comprise at least one agent delaying the solidification at room temperature of the cementitious composition as defined below and which allows it to remain malleable for longer.
  • Such a retarding agent can be chosen from ammonium, alkali metals, alkaline earth metals, borax, lignosulfonates and in particular the metal salts of lignosulfonates, cellulose and its derivatives such as cellulose acetate or carboxymethyl hydroxyethyl cellulose, sulfoalkylated lignins such as sulfomethylated lignin, hydroxycarboxylic acids, copolymers of 2-acrylamido acid salts -2-methylpropane sulfonic acid and acrylic acid or maleic acid, saturated salts, and mixtures thereof.
  • the retarding agent is chosen from lignosulfonates.
  • the retarding agent preferably represents from 0.3 to 3% by mass approximately, and even more preferably from 0.5 to 2% by mass approximately, relative to the total mass of the cementitious material.
  • the cementitious material can also comprise at least one inert filler CI 1 , in particular chosen from talc, micas, dehydrated clays and one of their mixtures.
  • the inert filler preferably represents from 10 to 45% by mass approximately, relative to the total mass of the cementitious material.
  • the cementitious material of the composite layer may further comprise at least one compound accelerating the setting in solid (i.e. hardening) of the cementitious composition as defined below.
  • aluminum sulphate eg double aluminum and potassium sulphate
  • calcium chloride calcium sulphate, hydrated calcium sulphate, sodium aluminate, sodium carbonate, sodium chloride, sodium silicate, sodium sulfate, iron (III) chloride or a mixture thereof.
  • alums eg double aluminum and potassium sulphate
  • calcium chloride calcium sulphate, hydrated calcium sulphate, sodium aluminate, sodium carbonate, sodium chloride, sodium silicate, sodium sulfate, iron (III) chloride or a mixture thereof.
  • the cementitious material of the composite layer may also comprise at least one dispersant.
  • dispersants that is to say compounds which make it possible to improve the rheological properties of the cement composition
  • the retarding agent, the accelerating compound, the dispersant and the inert charge CI 1 must not alter the electrical (eg fire resistance) and mechanical (eg resistance to mechanical stress) properties of the cementitious material.
  • the organic polymer material of the composite layer preferably represents from 20 to 70% by mass approximately, and even more preferably from 30 to 50% by mass approximately, relative to the total mass of said composite electrically insulating layer.
  • the organic polymer material of the composite layer may comprise one or more organic polymer (s) PO 1 , in particular one or more organic polymer (s) of olefin (s) (ie polyolefin (s)).
  • An olefin polymer is conventionally a polymer obtained from at least one olefin monomer.
  • polymer can be understood by any type of polymer well known to those skilled in the art, such as a homopolymer or a copolymer (e.g. block copolymer, random copolymer, terpolymer, etc.).
  • a polymer is conventionally derived from the covalent chain of a large number of identical or different monomer units, and more particularly from the covalent chain of more than 40 identical or different monomer units.
  • the organic polymer PO 1 of the material of the invention can be of the thermoplastic or elastomer type, and can be crosslinked by techniques that are well known to those skilled in the art.
  • the organic polymer material used in the composition of said composite layer electrically insulating according to the invention comprises one or more organic polymer (s) PO 1 chosen from linear low density polyethylenes (LLDPE); very low density polyethylenes (VLDPE); low density polyethylenes (LDPE); medium density polyethylenes (MDPE); high density polyethylenes (HDPE); ethylene-propylene copolymers (EPR); ethylene propylene diene monomer terpolymers (EPDM); ethylene and vinyl ester copolymers such as ethylene and vinyl acetate (EVA) copolymers; copolymers of ethylene and acrylate such as copolymers of ethylene and butyl acrylate (EBA) or copolymers of ethylene and methyl acrylate (EMA); ethylene and alpha-olefin copolymers such as ethylene and octene copolymers (PEO) or ethylene and butene copolymers (PEB); functionalized olef
  • LLDPE linear low
  • the organic polymer PO 1 of the organic polymer material is preferably a copolymer of ethylene and vinyl ester, and more preferably a copolymer of ethylene and vinyl acetate (EVA).
  • the organic polymer PO 1 preferably represents from 30 to 90% by mass approximately, and more preferably from 55 to 90% by mass approximately, relative to the total mass of the organic polymer material.
  • the organic polymer material before filling with the cementitious material can have a porosity rate of at least 50% by volume approximately, and preferably at least 60% by volume approximately, relative to the total volume of the organic polymer material.
  • the electrically insulating composite layer may have a porosity rate of at most 30% by volume approximately, and preferably at most 10% by volume approximately, relative to the total volume of the electrically insulating composite layer.
  • the organic polymer material of the composite layer may also comprise at least one organic additive with a polymer structure. This additive is intended to improve the cohesion of the composite layer and its adhesion to the cable layer with which it is intended to be in direct physical contact.
  • the organic additive with a polymer structure is preferably chosen from polyolefin fibers such as polypropylene fibers, a low viscosity silicone oil (e.g. of the order of 12,500 cPo), a polyethylene oil, and one of their mixtures.
  • polyolefin fibers such as polypropylene fibers, a low viscosity silicone oil (e.g. of the order of 12,500 cPo), a polyethylene oil, and one of their mixtures.
  • the organic additive with a polymer structure preferably represents from 0.2 to 4% by mass approximately, and even more preferably from 0.5 to 2% by mass approximately, relative to the total mass of the material.
  • organic polymer in particular depending on the application and the flexibility sought.
  • the organic polymer material of the composite layer may also comprise at least one dye, in particular a dye chosen from the range of commercial masterbatchs distributed by the company PolyOne.
  • the dye When used, the dye preferably represents from 1 to 3% by mass approximately, relative to the total mass of the organic polymer material.
  • the organic polymer material can also comprise at least one inert filler Cl 2 , in particular chosen from talc, calcium carbonate, and one of their mixtures.
  • the inert filler preferably represents from 10 to 45% by mass approximately relative to the total mass of the organic polymer material.
  • the organic polymer material can also comprise at least one hydrated flame retardant mineral filler.
  • This hydrated flame-retardant mineral filler acts mainly by physical means by decomposing in an endothermic manner (eg release of water), which has the consequence of lowering the temperature of the organic polymer material and of limiting the propagation of flames along the cable.
  • flame retardant properties well known under Anglicism " flame retardant ".
  • the hydrated flame retardant mineral filler can be a metal hydroxide such as magnesium hydroxide or aluminum trihydroxide.
  • the hydrated flame retardant mineral filler preferably represents from 10 to 70% by mass approximately, relative to the total mass of the organic polymer material.
  • the organic additive with a polymer structure, the dye, the hydrated flame retardant mineral filler and the inert filler Cl 2 must not alter the mechanical properties (eg resistance to mechanical stress, flexibility, adhesion) of the organic polymer material.
  • the electrically insulating composite layer consists of said organic polymer material comprising open and / or semi-open cells and said cementitious material filling at least part of said open and / or semi-open cells.
  • the electrically insulating composite layer of the invention is preferably an internal layer of the cable of the invention.
  • an internal layer means a layer which does not constitute the outermost layer of the cable. More particularly, an internal layer is a layer interposed between the elongated conductive element and an external protective sheath, in particular electrically insulating, said layer possibly or not in direct physical contact with the elongated conductive element.
  • the composite layer of the cable of the invention generally covers one or more conductors or is positioned on a sheath or internal layer of the cable, it then acts as stuffing.
  • the electrically insulating composite layer of the invention is preferably in direct physical contact with the elongated conductive element.
  • the cable may include a plurality of elongated conductive elements.
  • the electrically insulating composite layer can then surround the plurality of elongated conductive elements of the cable.
  • the electrically insulating composite layer of the invention is preferably in direct physical contact with the elongated conductive elements.
  • the cable can comprise a plurality of electrically insulating composite layers as defined in the invention.
  • the cable comprises an elongated conductive element and the plurality of composite layers surrounds said elongate conductive element.
  • the cable comprises a plurality of elongated conductive elements and each of the electrically insulating composite layers individually surrounds each of the elongate conductive elements to form insulated elongate conductive elements.
  • each of the electrically insulating composite layers of the invention is preferably in direct physical contact with each of the elongated conductive elements which it surrounds.
  • the elongated conductive element or elements of the cable of the invention are preferably elongated electrically conductive elements.
  • the cable is therefore preferably an electric cable.
  • the cable of the invention may further comprise an external protective sheath, in particular electrically insulating, surrounding the composite layer (s).
  • the outer protective sheath is preferably made of a halogen-free material. It can be produced conventionally from materials delaying the propagation of the flame or resistant to the propagation of the flame. In particular, if the latter do not contain halogen, we speak of HFFR cladding (for Anglicism " Halogen Free Flame Retardant").
  • the sheath represents the outermost layer of the cable (i.e. also called the outer protective sheath).
  • It comprises at least one organic PO 2 or inorganic PI polymer.
  • organic polymer PO 2 or inorganic PI is not limiting and these are well known to those skilled in the art.
  • the organic polymer PO 2 or inorganic PI is chosen from crosslinked and non-crosslinked polymers.
  • the organic polymer PO 2 or inorganic PI can be a homo- or a co-polymer having thermoplastic and / or elastomeric properties.
  • the inorganic polymers PI can be polyorganosiloxanes.
  • the organic PO 2 polymers can be polyurethanes or polyolefins.
  • the polyolefins can be chosen from polymers of ethylene and propylene.
  • ethylene polymers that may be mentioned include linear low density polyethylene (LLDPE), low density polyethylene (LDPE), medium density polyethylene (MDPE), high density polyethylene (HDPE), copolymers of ethylene and vinyl acetate (EVA), copolymers of ethylene and butyl acrylate (EBA), methyl acrylate (EMA), 2-hexylethyl acrylate (2HEA), ethylene copolymers and alpha-olefins such as, for example, polyethylene octene (PEO), copolymers of ethylene and propylene (EPR), terpolymers of ethylene and propylene (EPT) such as for example terpolymers of ethylene propylene diene monomer (EPDM) or a mixture thereof.
  • LLDPE linear low density polyethylene
  • LDPE low density polyethylene
  • MDPE medium density polyethylene
  • HDPE high density polyethylene
  • the sheath polymer is preferably an organic polymer PO 2 , more preferably an ethylene polymer, and more preferably a copolymer of ethylene and vinyl acetate, a linear low density polyethylene or a mixture thereof.
  • the external protective sheath may further comprise a hydrated flame retardant mineral filler as defined in the invention.
  • the external protective sheath may further comprise an inert charge Cl 2 as defined in the invention.
  • the process according to the invention is quick, simple and advantageous from an economic point of view. It makes it possible to manufacture in a few steps a cable having good fire resistance, while guaranteeing good mechanical properties, in particular in terms of flexibility.
  • Step i) is preferably carried out by heating said organic polymer composition, in particular at a temperature higher than the melting point of the organic polymer PO 1 , and expansion (or foaming) of the organic polymer composition heated around at least one elongated electrically conductive element.
  • step i) the organic polymer PO 1 melts and the foaming agent releases a gas which is capable of bursting said organic polymer PO 1 and of forming an organic polymer material comprising open and / or semi-open cells .
  • step i) is carried out by hot extrusion of said organic polymer composition, in particular at a temperature ranging from approximately 100 to 230 ° C., and preferably from 150 ° C. to 210 ° C approximately.
  • the foaming agent decomposes in the extruder and the gas released by the foaming agent dissolves in the molten organic polymer PO 1 and extends to the outlet of the die to form the structure foamed or expanded (ie organic polymer material comprising open or semi-open cells).
  • Step i) is also called the “foaming” or expansion step. It is well known to those skilled in the art, especially under the Anglicism " foaming ".
  • Foaming can be characterized by measuring the porosity rate of the organic polymer material before filling step ii).
  • the foaming agent (or blowing agent) of said organic polymer composition is capable of forming open and / or semi-open cells within said organic polymer material.
  • the foaming agent (also known as “foaming agent”) can be chosen from hydrated phyllosilicates such as bentonite, montmorillonite, and other swelling clays, in particular those having a structure in sheets or tubes.
  • swelling clay having a tube structure mention may be made of sepiolite.
  • the structure of hydrated phyllosilicates is characterized by the superposition of sheets composed of tetrahedral layers (tetrahedron of oxygen atoms and a silicon atom in the center) and octahedral layers (octahedron of oxygen atoms and an aluminum atom In the center).
  • the foaming agent is a hydrated phyllosilicate
  • the water contained in the sheets is released (cutting of the Van der Waals bonds inducing the separation of the sheets and therefore the release of water), thus allowing the polymer to burst on the surface. organic at the extruder outlet, which forms the honeycomb structure.
  • the organic polymer composition of step i) preferably comprises at least 2% by mass approximately of foaming agent, and more preferably at least 5% by mass approximately of foaming agent, relative to the total mass of the composition organic polymer.
  • the organic polymer composition of step i) can also comprise at least one co-expanding agent, in particular chosen from sodium bicarbonate, azodicarbonamide and one of their mixtures.
  • the organic polymer composition of step i) may also comprise at least one inert filler Cl 2 and / or at least one hydrating flame-retardant mineral filler and / or at least one dye and / or at least one organic additive with a polymer structure, the aforementioned compounds being as defined in the first subject of the invention.
  • the cement composition at least partially, and preferably completely, fills the open and / or semi-open cells with the organic polymer material.
  • cement composition means a liquid or pasty composition making it possible to form, after hardening or setting (without sintering step), the cement material as defined in the first subject of the invention. Curing or setting can be done by polycondensation or hydration.
  • the cement composition of the invention is therefore different from a ceramic composition or powder.
  • Aluminum (Al) is preferred.
  • the cement composition is a composition comprising at least one geopolymer mixture, a composition comprising at least one mixture consisting of a conventional anhydrous cement and water, or a composition comprising at least a mixture consisting of a magnesium silicate, an alkaline silicate, an alkaline base and water.
  • composition comprising at least one mixture consisting of a conventional anhydrous cement and water.
  • the cement composition is a composition comprising at least one geopolymer mixture (i.e. geopolymer composition), and preferably at least one aluminosilicate geopolymer mixture (i.e. aluminosilicate geopolymer composition).
  • the water / solids mass ratio in said geopolymer mixture determines the solidification kinetics during step iii).
  • the mass ratio of solids / water varies from 0.6 to 1.65 approximately, and even more preferably from 0.85 to 1.40 approximately.
  • a mass ratio makes it possible to have a cement composition which is fluid enough to allow the filling of open and / or semi-open cells, and whose solidification kinetics is slow enough to allow a homogeneous filling of a maximum of cells before its solidification. .
  • the method can also comprise, before step ii), a step ii 0 ) of preparing a cementitious composition comprising at least one geopolymer mixture, in particular an aluminosilicate geopolymer mixture.
  • Stage ii 0 is generally carried out at a high pH, in particular varying from 10 to 13 approximately.
  • the aluminosilicate can be chosen from metakaolin (ie calcined kaolin), fly ash (well known under "fly ash” anglicism), blast furnace slag (well known under “blast furnace slag”), swelling clays such as bentonite, calcined clays, any type of compound comprising aluminum and silica fume, zeolites and one of their mixtures.
  • metakaolin ie calcined kaolin
  • fly ash well known under "fly ash” anglicism
  • blast furnace slag well known under “blast furnace slag”
  • swelling clays such as bentonite, calcined clays, any type of compound comprising aluminum and silica fume, zeolites and one of their mixtures.
  • metakaolin is preferred, in particular that sold by the company Imérys.
  • the aqueous alkali silicate solution can be prepared by mixing silicon dioxide SiO 2 or an alkali silicate with a MOH base in which M is K or Na.
  • the silicon dioxide SiO 2 can be chosen from silica smoke (ie fumed silica), quartz, and their mixtures.
  • the alkali silicate can be chosen from sodium silicates, potassium silicates and one of their mixtures.
  • the alkaline silicates sold by the company Silmaco and by the company PQ Corporation are preferred.
  • the MOH base can be chosen from KOH, NaOH and their mixtures.
  • Step ii 0-1 can be carried out by dissolving the base in water, giving off heat (exothermic reaction), then adding silica (or alkali silicate). The heat released then accelerates the dissolution of the silica (or of the alkaline silicate) during stage ii 0-1 ) and of the aluminosilicate during stage ii 0-2 ) and therefore the setting of the geopolymer mixture. , and thus of the cement composition.
  • the cement composition has a viscosity which increases over time when it is exposed to the open air.
  • the cement composition is a composition comprising at least one mixture consisting of a magnesium silicate, an alkali silicate, an alkaline base and water.
  • the alkaline base can be KOH or NaOH or a mixture thereof.
  • the alkali silicate can be chosen from sodium silicates, potassium silicates and one of their mixtures.
  • the alkaline silicates sold by the company Silmaco and by the company PQ Corporation are preferred.
  • the magnesium silicate can be talc.
  • the cement composition can further comprise at least one agent delaying the setting of the cement composition and / or at least one inert filler CI 1 and / or at least one dispersant and / or at least one accelerating compound taking, the aforementioned compounds being as defined in the first subject of the invention.
  • the cement composition preferably does not include a foaming agent and / or co-blowing agent.
  • the cementitious material obtained from said cementitious composition ensures the cohesion of the composite layer, it is therefore preferably solid (i.e. having a porosity of less than 10% by volume approximately).
  • Stage ii) of filling is preferably carried out by immersing the elongated conductive element coated with the organic polymer material comprising open and / or semi-open cells of stage i) in said cement composition, or by pouring the cement composition on the elongated conductive element coated with the organic polymer material comprising open and / or semi-open cells from step i).
  • Stage ii) is preferably carried out by pouring the cementitious composition onto the coated elongated conducting element, in particular by passing the elongated conducting element coated with the organic polymer material comprising open and / or semi-open cells from stage i), through a coating chamber.
  • Step ii) is preferably carried out under pressure, in particular using a hermetic coating cell (or chamber), and at a pressure ranging from 0.2 to 0.8 bar approximately.
  • the curing step iii) is generally carried out at room temperature, since polycondensation or hydration is carried out at room temperature.
  • Step iii) can be a simple drying of the cable comprising said electrically insulating composite layer obtained in step ii).
  • the curing speed of step iii) can range from approximately 30 to 300 minutes at approximately 25 ° C. (i.e. at room temperature).
  • step iii) by adding to the cementitious composition at least one agent for retarding solidification as defined in the first subject of the invention.
  • the retarding agent is preferably chosen from lignosulfonates.
  • step iii) it is also possible to accelerate the hardening of the cementitious composition by carrying out step iii) at a temperature ranging from 40 ° C. to approximately 70 ° C., in particular using a conventional convection oven, a infrared oven or microwave.
  • the acceleration of hardening can also be carried out using a compound accelerating the solidification as defined in the first object of the invention.
  • the method may further comprise before, during or after step iii), a step iv) of applying an external protective sheath, in particular electrically insulating around the electrically insulating composite layer, said sheath being as defined in the first object of the invention.
  • this outer protective sheath can in particular be carried out by extrusion, and preferably before step iii).
  • Example 1 Preparation of a fire-resistant cable according to the invention
  • step i Preparation of an elongated electrically conductive element coated with an organic polymer material comprising open cells
  • Table 1 below brings together the compounds used in the organic polymer composition of step i), to form an organic polymer material around an elongated electrically conductive element.
  • the organic polymer composition was hot extruded around an elongated electrically conductive element in copper of 1.5 mm 2 section using an extruder sold under the trade name FAIREX.
  • the temperature within the extruder ranged from about 70 ° C to 225 ° C.
  • the figure 1 represents the cable as obtained at the end of step i).
  • Said cable comprises an elongated electrically conductive element surrounded by an organic polymer material based on EVA comprising open cells, in particular mainly located on the surface of said elongated electrically conductive element.
  • step ii 0 Preparation of an aluminosilicate geopolymer mixture as a cementitious composition
  • An alkali silicate solution is prepared by mixing 36 g of an aqueous solution of sodium silicate, 20 g of water and 8 g of sodium hydroxide. Then 29 g of aluminosilicate and 10 g of talc were mixed with the alkaline silicate solution to form an aluminosilicate geopolymer composition.
  • Said aluminosilicate geopolymer mixture comprised approximately 68% by mass of solid matter relative to the total mass of said composition.
  • the aluminosilicate geopolymer mixture had the following molar composition of formula (I): 0.274 SiO 2 : 0.128 Al 2 O 3 : 0.179 Na 2 O: 0.915 H 2 O (I)
  • Step ii) was carried out according to the following operating mode: at the extruder outlet, the expanded organic polymer material was conveyed into a coating system composed of a chamber maintained under a pressure of 0.6 bar and closed at its two ends by a set of dies of diameter equal to the diameter of the cable.
  • the cable comprising the composite layer was then dried at room temperature for 2 hours (step iii)).
  • the composite layer was approximately 0.2 mm thick.
  • the composite layer of the cable according to the invention was evaluated with regard to the flame resistance and cohesion performance.
  • a cable in accordance with the invention was prepared as in Example 1, using the same organic polymer composition as in Example 1.1 and by replacing the geopolymer aluminosilicate mixture of Example 1.2 with a cement composition comprising at least one mixture consisting of a magnesium silicate, an alkaline silicate, an alkaline base and water.
  • the cementitious composition was prepared as follows [step ii)]: an alkali silicate solution is prepared by mixing 36 g of an aqueous sodium silicate solution, 20 g of water and 8 g of sodium hydroxide . Then 39 g of talc was mixed with the alkali silicate solution to form a cementitious composition.
  • Steps ii) and iii) were carried out as in Example 1.2.
  • the composite layer was approximately 0.2 mm thick.

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Description

  • La présente invention concerne un câble électrique et/ou optique résistant au feu comprenant au moins une couche électriquement isolante composite à base d'au moins un matériau cimentaire et d'au moins un matériau polymère organique expansé, et son procédé de fabrication.
  • Elle s'applique typiquement mais non exclusivement aux câbles électriques et/ou optiques destinés au transport d'énergie et/ou à la transmission de données, en particulier aux câbles électriques et/ou optiques de sécurité résistants au feu, notamment sans halogène, susceptibles de fonctionner pendant un laps de temps donné dans des conditions d'incendie, sans être pour autant propagateur d'incendie ni générateur de fumées importantes. Ces câbles de sécurité sont en particulier des câbles de transport d'énergie moyenne tension (notamment de 6 à 45-60 kV) ou des câbles de transmission basse fréquence, tels que des câbles de contrôle ou de signalisation.
  • Un câble d'énergie et/ou de télécommunication est un câble destiné au transport de l'énergie et/ou à la transmission de données. Il comprend classiquement un ou plusieurs éléments conducteurs isolés, ou en d'autres termes un ou plusieurs conducteur(s) (électrique(s) et/ou optique(s)) allongé(s) entouré(s) par au moins une couche électriquement isolante. La couche électriquement isolante peut être typiquement une couche polymère électriquement isolante en contact physique avec le ou les conducteur(s) électrique(s) et/ou optique(s). Ledit ou lesdits éléments conducteurs isolés sont entourés par une gaine extérieure de protection destinée à protéger mécaniquement le ou les éléments conducteurs isolés. Dans certaines constructions de câbles, il n'y a qu'une seule couche qui assure les deux fonctions d'isolant électrique et de gaine de protection.
  • Les matériaux généralement utilisés pour former la couche électriquement isolante et/ou ladite gaine de protection sont des matériaux composites à base de polymères, en particulier de polymères siliconés, et de divers additifs, notamment des charges de renfort telles que de la silice, et des charges ignifugeantes destinées à améliorer leur résistance au feu.
  • Malgré la présence de telles charges, la résistance au feu de ces couches électriquement isolantes ne donne pas toujours entièrement satisfaction.
  • Afin de rendre un câble résistant au feu, il a également été proposé, notamment dans la demande de brevet EP 2 760 030 A1 , de recouvrir ledit câble d'une couche électriquement isolante comprenant plusieurs bandes isolantes superposées comprenant du mica et des fibres de verre, et un liant polymère (e.g. polyorganosiloxane) au contact de chacune desdites bandes isolantes. Toutefois, le coût de production de ladite couche électriquement isolante est élevé (e.g. temps de préparation très long) et celle-ci présente un grand encombrement.
  • D'autres matériaux tels que la pierre, la brique, le ciment, le plomb, l'acier, le béton, la laine de roche, les céramiques, les géopolymères, etc... ont des propriétés de résistance au feu.
  • Le ciment est une matière minérale pulvérulente formant avec l'eau ou avec une solution saline une pâte de ciment liante, capable d'agglomérer, en durcissant, des substances variées. Le durcissement se produit par simple hydratation d'aluminates de calcium et de silicates de calcium et la pâte de ciment liante conserve après durcissement, sa résistance et sa stabilité. Cette pâte de ciment liante est également appelée matériau cimentaire. Les ciments sont classés selon la norme EN-197-1-2000 en cinq grandes familles : le ciment Portland (CEM I), le ciment portland composé (CEM II), le ciment de hauts fourneaux (CEM III), le ciment pouzzolanique (CEM IV) et le ciment composé ou ciment au laitier et aux cendres (CEM V). Le ciment blanc est un ciment Portland sans oxyde métallique. Le ciment artificiel est généralement obtenu par cuisson de mélanges de silice, d'alumine, de carbonate de chaux, et éventuellement d'oxydes métalliques tels que l'oxyde de fer.
  • Les géopolymères sont considérés comme des liants alternatifs pouvant se substituer aux matériaux cimentaires précités. Les géopolymères sont essentiellement des composés chimiques minéraux ou des mélanges de composés constitués de motifs de type silico-oxyde (-Si-O-Si-O-), silico-aluminate (-Si-O-Al-O-), ferro-silico-aluminate (-Fe-O-Si-O-Al-O-), ou alumino-phosphate (-Al-O-P-O-), créés par un processus de géopolymérisation (i.e. polycondensation). Les géopolymères peuvent être utilisés seuls ou en mélange avec des polymères organiques, des fibres minérales, métalliques, ou organiques (e.g. fibres de verre, fibres céramiques, etc...), du carbone, du graphite, etc... selon le type d'application recherchée. Les géopolymères sont généralement capables de polymériser et de durcir à la température ambiante (ciments géopolymères). Il est également possible d'accélérer la vitesse de polymérisation et donc le durcissement des géopolymères en les soumettant à un traitement thermique.
  • Les géopolymères les plus courants sont ceux basés sur les aluminosilicates désignés sous le terme « poly(sialate) » [ou « poly(silico-oxo-aluminate » ou (-Si-O-Al-O-)n avec n désignant le degré de polymérisation]. Ces géopolymères aluminosilicates résultent de la polycondensation d'oligomères de type oligo(sialate) formés à partir d'un mélange d'au moins un aluminosilicate, d'un réactif alcalin (e.g. silicate de sodium ou de potassium) et d'eau. Les géopolymères basés sur les aluminosilicates ont été groupés en trois familles en fonction du rapport atomique Si/Al, lequel pouvant être égal à 1, 2 ou 3. On distingue les poly(sialates) répondant à la formule Mn(-Si-O-Al-O-)n ou (M)-PS, les poly(sialate-siloxos) répondant à la formule Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n ou (M)-PPS, et les poly(sialate-disiloxos) répondant à la formule Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n ou (M)-PSDS, avec M représentant au moins un cation alcalin ou alcalino-terreux tel que K, Na, Li, Cs ou Ca et n désignant le degré de polymérisation.
  • Les ciments géopolymères sont utilisés dans de nombreuses applications : conception de nouveaux matériaux dans les domaines du génie civil et de la construction, création de sculptures, fabrication de cloisons et de portes coupe-feu pour la protection contre les incendies, et tout récemment comme structure de la « boîte noire » embarquée dans les avions.
  • A titre d'exemple, US 2012/0094028 A1 décrit une composition composite géopolymère-résine époxyde qui peut être utilisée comme revêtement d'un substrat, mortier, adhésif ou matériau de moulage. La composition composite est préparée par mélange d'une première composition comprenant un agent de réticulation de la résine époxyde, une source d'un aluminosilicate et de la silice amorphe avec une deuxième composition comprenant une résine époxyde et une solution de silicate alcalin ; et réticulation du mélange à température ambiante.
  • Cependant, la solution décrite ci-dessus n'est pas adaptée, notamment en termes de flexibilité, d'adhérence et de protection thermique, pour pouvoir servir de couche électriquement isolante et résistante au feu dans un câble d'énergie et/ou de transmission de données, notamment lors d'un incendie. Par ailleurs, elle n'est pas forcément compatible avec la conservation des bonnes propriétés mécaniques et diélectriques des autres constituants d'un câble d'énergie et/ou de transmission de données (élément conducteur électrique et/ou optique, autres couches électriquement isolantes, écrans, etc...).
  • Les documents FR 3 049 948 A1 et FR 3 045 201 A1 décrivent des câbles d'énergie comprenant une couche composite électriquement isolante comprenant un matériau polymère organique et un matériau cimentaire.
  • Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients des techniques de l'art antérieur en proposant un câble d'énergie et/ou de télécommunication présentant une bonne résistance au feu, tout en garantissant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de flexibilité, et un coût de revient avantageux.
  • Un autre but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un câble résistant au feu simple, économique, facile à mettre en œuvre, et permettant de conduire à un câble qui évite la propagation de la flamme, résiste au feu afin de fonctionner le plus longtemps possible, et limite sa dégradation dans des conditions thermiques extrêmes telles qu'un incendie, tout en garantissant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de flexibilité.
  • La présente invention a pour premier objet un câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant au moins un élément conducteur allongé et au moins une couche composite électriquement isolante entourant ledit élément conducteur allongé, caractérisé en ce que la couche composite électriquement isolante comprend un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes, et un matériau cimentaire remplissant au moins une partie desdites cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes.
  • Grâce à la présence de la couche composite électriquement isolante, le câble de l'invention présente une bonne résistance au feu tout en ayant de bonnes propriétés mécaniques. En particulier, la couche composite électriquement isolante est suffisamment flexible pour permettre la manipulation du câble (e.g. enroulage, pliage, torsion) sans pour autant entrainer d'altération rédhibitoire de ladite couche qui aurait pour conséquence de diminuer sa cohésion et sa résistance au feu. Par ailleurs, la couche composite électriquement isolante reste intacte de la température ambiante à des températures supérieures ou égales à 1000°C pendant une durée pouvant aller jusqu'à 120 min, notamment atteintes lors d'un incendie.
  • Dans la présente invention, l'expression « matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes » signifie un matériau polymère organique comportant des pores qui ne sont pas scellés et forment un réseau interconnecté. Un tel matériau polymère organique est différent d'un matériau polymère organique massif. Il contient (avant remplissage de ses cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes par le matériau cimentaire) un volume important de gaz (i.e. il contient des pores remplis de gaz), et présente donc une porosité élevée, en général allant de 50 à 80% en volume, par rapport au volume total du matériau polymère organique.
  • Lorsque les cellules sont semi-ouvertes, les pores communiquent entre eux par des orifices de dimension très inférieure à leur taille moyenne.
  • Dans la présente invention, le matériau polymère organique est un matériau polymère organique expansé ou moussé.
  • Les cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes peuvent présenter une taille moyenne allant de 200 µm à 2 mm environ, et de préférence de 500 µm à 1,2 mm environ.
  • La couche composite électriquement isolante du câble de l'invention est une couche biphasique comprenant une première phase constituée du matériau polymère organique et une deuxième phase constituée du matériau cimentaire et occupant les cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes dudit matériau polymère organique (lesdites cellules communiquant entre-elles).
  • Dans la couche composite électriquement isolante du câble de la présente invention, les cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes sont au moins en partie, et de préférence complètement remplies dudit matériau cimentaire.
  • Dans la présente invention, l'expression « matériau cimentaire » signifie un matériau solide inorganique obtenu sans étape de frittage et à partir d'au moins une étape de durcissement ou de prise, notamment par hydratation ou par polycondensation.
  • Le matériau cimentaire de l'invention est par conséquent différent d'une céramique. En effet, une céramique se distingue d'un matériau cimentaire en ce qu'elle est obtenue à partir d'au moins une étape de frittage (densification d'une poudre sous l'effet de la chaleur).
  • Le matériau cimentaire de l'invention comprend de préférence :
    • du silicium (Si),
    • de l'aluminium (Al) ou du magnésium (Mg),
    • de l'oxygène (O), et
    • au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  • L'aluminium (Al) est préféré.
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, le matériau cimentaire comprend un ciment géopolymère ou est issu (i.e. est obtenu à partir) d'au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau ou d'au moins un mélange constitué d'un silicate de magnésium, d'un silicate alcalin, d'une base alcaline et d'eau.
  • Avantageusement, le câble conforme à l'invention satisfait à au moins l'une quelconque des normes de résistance au feu suivantes : EN50200, IEC60331-1, EN50399, IEC60331-11, IEC60331-21, IEC60331-23, IEC60331-25, DIN4102, NBN713020 addendum 3, EN50577, IEC600332-1, NFC32070 CR1 et BS6387CWZ.
  • Avantageusement, la couche composite électriquement isolante définie précédemment satisfait à la norme de résistance au feu IEC 60331-1.
  • La couche composite de l'invention se transforme sous l'effet d'une température élevée, notamment une température supérieure à 1000°C généralement atteinte lors d'un incendie, pour former une couche résiduelle cohésive qui protège le câble, et notamment les couches sous-jacentes et/ou l'élément conducteur allongé.
  • La couche composite électriquement isolante présente de préférence une épaisseur sensiblement constante et constitue notamment une enveloppe de protection continue.
  • La couche composite électriquement isolante présente de préférence une épaisseur allant de 0,1 à 3 mm environ, et de préférence encore allant de 0,5 à 2 mm environ.
  • Lorsque l'épaisseur de la couche composite électriquement isolante est inférieure à 0,3 mm, la résistance au feu de ladite couche n'est pas assurée et la protection thermique du câble de l'invention n'est pas suffisante.
  • Le matériau polymère organique comporte des cellules ouvertes ou semi-ouvertes. Les cellules ouvertes sont toutefois préférées afin d'optimiser la résistance au feu du câble (e.g. le remplissage des cellules est facilité).
  • Les cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes du matériau polymère organique sont de préférence au moins en partie, et de préférence majoritairement, localisées en surface de la couche composite électriquement isolante. Cela permet ainsi d'améliorer encore la résistance au feu du câble.
  • Selon une première forme de réalisation de l'invention, le matériau cimentaire est issu d'au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau. Le durcissement provient alors de l'hydratation de silicates de calcium et d'aluminates de calcium.
  • Le ciment anhydre peut être du ciment Portland, et en particulier du ciment blanc ou du ciment au laitier et aux cendres. Les ciments précités sont bien connus de l'homme du métier.
  • Selon une deuxième forme de réalisation de l'invention, le matériau cimentaire comprend un ciment géopolymère.
  • Dans la présente invention, le terme « ciment géopolymère » ou « durcissement d'une composition géopolymère » indique que le durcissement s'effectue par réaction interne du type polycondensation ou du type hydrothermal et qu'il n'est pas le résultat d'un simple séchage, comme c'est généralement le cas pour des liants à base de silicates alcalins.
  • En effet, les ciments géopolymères résultent d'une réaction de polycondensation minérale par activation alcaline, dite géosynthèse, par opposition aux liants traditionnels hydrauliques dans lesquels le durcissement est le résultat d'une hydratation des aluminates de calcium et des silicates de calcium.
  • Le ciment géopolymère peut être un ciment géopolymère aluminosilicate, notamment pouvant présenter un rapport molaire Si/Al allant de 1 à 35.
  • Le ciment géopolymère aluminosilicate peut être choisi parmi les poly(sialates) répondant à la formule (I) Mn(-Si-O-Al-O-)n [(M)-PS], les poly(sialate-siloxos) répondant à la formule (II) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-)n [(M)-PPS], et les poly(sialate-disiloxos) répondant à la formule (III) Mn(-Si-O-Al-O-Si-O-Si-O)n [(M)-PSDS], formules dans lesquelles M représente au moins un cation alcalin K, Na, Li, Cs ou un de leurs mélanges, et n désignant le degré de polymérisation. Dans le composé de formule (I), le rapport molaire Si/Al est de 1, dans le composé de formule (II), le rapport molaire Si/Al est de 2, et dans le composé de formule (III), le rapport molaire Si/Al est de 3.
  • Le rapport molaire Si/Al influence les propriétés mécaniques du ciment géopolymère, en particulier ses propriétés de résistance à une contrainte mécanique. Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le ciment géopolymère est choisi parmi les composés dans lesquels le rapport molaire Si/Al va de 1,9 à 3 environ et encore plus préférentiellement de 1,9 à 2,5 environ. Le choix de ces ciments géopolymères permet d'avoir une couche composite électriquement isolante résistante au feu tout en étant assez flexible pour permettre au câble conforme à l'invention d'être manipulé sans entrainer de fissures de ladite couche composite électriquement isolante.
  • Lorsqu'il est utilisé, le ciment géopolymère représente au moins 50% en masse environ, de préférence au moins 70% en masse environ, et de préférence encore au moins 90% en masse environ, de la masse totale du matériau cimentaire.
  • Un matériau cimentaire selon les première et deuxième formes de réalisation définies ci-dessus comprend du silicium (Si), de l'aluminium (Al), de l'oxygène (O), et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  • Selon une troisième forme de réalisation de l'invention, le matériau cimentaire est issu d'au moins un mélange constitué d'un silicate de magnésium, d'un silicate alcalin, d'une base alcaline et d'eau.
  • Un matériau cimentaire selon la troisième forme de réalisation définie ci-dessus comprend du silicium (Si), du magnésium (Mg), de l'oxygène (O), et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  • Selon l'invention, le matériau cimentaire représente de préférence de 30 à 80% en masse environ, et encore plus préférentiellement de 50 à 70% en masse environ, par rapport à la masse totale de ladite couche composite électriquement isolante.
  • Le matériau cimentaire de la couche composite peut comprendre en outre au moins un agent retardant la prise en masse à température ambiante de la composition cimentaire telle que définie ci-après et qui permet à celle-ci de rester malléable plus longtemps.
  • Un tel agent retardateur peut être choisi parmi l'ammonium, les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, le borax, les lignosulfonates et en particulier les sels de métaux de lignosulfonates, la cellulose et ses dérivés tels que l'acétate de cellulose ou la carboxyméthyl hydroxyéthyl cellulose, les lignines sulfoalkylées telles que la lignine sulfométhylée, les acides hydroxycarboxyliques, les copolymères de sels d'acide 2-acrylamido-2-méthylpropane sulfonique et d'acide acrylique ou d'acide maléique, les sels saturés, et leurs mélanges.
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, l'agent retardateur est choisi parmi les lignosulfonates.
  • Lorsqu'il est utilisé, l'agent retardateur représente de préférence de 0,3 à 3% en masse environ, et encore plus préférentiellement de 0,5 à 2% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau cimentaire.
  • Le matériau cimentaire peut comprendre en outre au moins une charge inerte CI1, notamment choisi parmi le talc, les micas, les argiles déshydratées et un de leurs mélanges.
  • Le talc est préféré.
  • Lorsqu'elle est utilisée, la charge inerte représente de préférence de 10 à 45% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau cimentaire.
  • Le matériau cimentaire de la couche composite peut comprendre en outre au moins un composé accélérant la prise en masse (i.e. le durcissement) à température ambiante de la composition cimentaire telle que définie ci-après.
  • A titre d'exemples de composés accélérant la prise, on peut citer le sulfate d'aluminium, les aluns (e.g. sulfate double d'aluminium et de potassium), le chlorure de calcium, le sulfate de calcium, le sulfate de calcium hydraté, l'aluminate de sodium, le carbonate de sodium, le chlorure de sodium, le silicate de sodium, le sulfate de sodium, le chlorure de fer (III) ou un de leurs mélanges.
  • Le matériau cimentaire de la couche composite peut comprendre en outre au moins un dispersant.
  • A titre d'exemples de dispersants, c'est-à-dire des composés qui permettent d'améliorer les propriétés rhéologiques de la composition cimentaire, on peut citer un condensat d'acide naphtalène sulfonique-formaldéhyde, un condensat d'acétone-formaldéhyde-sulfite, un condensat de sulfonate de mélamine-formaldéhyde, ou un de leurs mélanges.
  • L'agent retardateur, le composé accélérateur, le dispersant et la charge inerte CI1 ne doivent pas altérer les propriétés électriques (e.g. résistance au feu) et mécaniques (e.g. résistance à une contrainte mécanique) du matériau cimentaire.
  • Le matériau polymère organique de la couche composite représente de préférence de 20 à 70% en masse environ, et encore plus préférentiellement de 30 à 50% en masse environ, par rapport à la masse totale de ladite couche composite électriquement isolante.
  • Le matériau polymère organique de la couche composite peut comprendre un ou plusieurs polymère(s) organique(s) PO1, notamment un ou plusieurs polymère(s) organique(s) d'oléfine(s) (i.e. polyoléfine(s)).
  • Un polymère d'oléfine est classiquement un polymère obtenu à partir d'au moins un monomère d'oléfine.
  • Le terme « polymère » peut s'entendre par tout type de polymère bien connu de l'homme du métier tel qu'un homopolymère ou un copolymère (e.g. copolymère séquencé, copolymère statistique, terpolymère, ..etc).
  • Un polymère est classiquement issu de l'enchaînement covalent d'un grand nombre de motifs monomères identiques ou différents, et plus particulièrement issu de l'enchaînement covalent de plus de 40 motifs monomères identiques ou différents.
  • Le polymère organique PO1 du matériau de l'invention peut être du type thermoplastique ou élastomère, et peut être réticulé par des techniques étant bien connues de l'homme du métier.
  • Selon une forme de réalisation de l'invention, le matériau polymère organique entrant dans la composition de ladite couche composite électriquement isolante selon l'invention comprend un ou plusieurs polymère(s) organique(s) PO1 choisis parmi les polyéthylènes linéaires basse densité (LLDPE) ; les polyéthylènes très basse densité (VLDPE) ; les polyéthylènes basse densité (LDPE) ; les polyéthylènes moyenne densité (MDPE) ; les polyéthylènes haute densité (HDPE) ; les copolymères d'éthylène-propylène (EPR) ; les terpolymères éthylène propylène diène monomères (EPDM) ; les copolymères d'éthylène et de vinyle ester tels que les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA) ; les copolymères d'éthylène et d'acrylate tels que les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA) ou les copolymères d'éthylène et d'acrylate de méthyle (EMA) ; les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfine tels que les copolymères d'éthylène et d'octène (PEO) ou les copolymères d'éthylène et de butène (PEB) ; les polymères d'oléfine fonctionnalisés ; les polypropylènes ; les copolymères du propylène ; les copolymères de styrène-butadiène (SBR) ; les copolymères de styrène-butadiène-éthylène (EBS) ; et tous les dérivés des copolymères de styrène-éthylène, notamment ceux commercialisés par Kraton tels que les copolymères de styrène-éthylène-butylène-styrène (SEBS), les copolymères de styrène-butadiène-styrène (SBS), les copolymères de styrène-isoprène-styrène (SIS), les copolymères de styrène-propylène-éthylène (EPS) ou les copolymères de styrène-éthylène-propylène-styrène (SEPS).
  • Le polymère organique PO1 du matériau polymère organique est de préférence un copolymère d'éthylène et de vinyle ester, et de préférence encore un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA).
  • Le polymère organique PO1 représente de préférence de 30 à 90% en masse environ, et de préférence encore de 55 à 90% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau polymère organique.
  • Le matériau polymère organique avant remplissage par le matériau cimentaire peut avoir un taux de porosité d'au moins 50% en volume environ, et de préférence d'au moins 60% en volume environ, par rapport au volume total du matériau polymère organique.
  • La couche composite électriquement isolante peut avoir un taux de porosité d'au plus 30% en volume environ, et de préférence d'au plus 10% en volume environ, par rapport au volume total de la couche composite électriquement isolante.
  • Le matériau polymère organique de la couche composite peut comprendre en outre au moins un additif organique à structure polymère. Cet additif est destiné à améliorer la cohésion de la couche composite et son adhérence sur la couche du câble avec laquelle elle est destinée à être en contact physique direct.
  • L'additif organique à structure polymère est de préférence choisi parmi les fibres de polyoléfine telles que les fibres de polypropylène, une huile silicone de faible viscosité (e.g. de l'ordre de 12500 cPo), une huile polyéthylène, et un de leurs mélanges.
  • Lorsqu'il est utilisé, l'additif organique à structure polymère représente de préférence de 0,2 à 4% en masse environ, et encore plus préférentiellement de 0,5 à 2% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau polymère organique, notamment selon l'application et la flexibilité recherchée.
  • Le matériau polymère organique de la couche composite peut comprendre en outre au moins un colorant, notamment un colorant choisi parmi la gamme de masterbatchs commerciaux distribués par la société PolyOne.
  • Lorsqu'il est utilisé, le colorant représente de préférence de 1 à 3% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau polymère organique.
  • Le matériau polymère organique peut comprendre en outre au moins une charge inerte Cl2, notamment choisi parmi le talc, le carbonate de calcium, et un de leurs mélanges.
  • Le talc est préféré.
  • Lorsqu'elle est utilisée, la charge inerte représente de préférence de 10 à 45% en masse environ par rapport à la masse totale du matériau polymère organique.
  • Le matériau polymère organique peut comprendre en outre au moins une charge minérale ignifugeante hydratée. Cette charge minérale ignifugeante hydratée agit principalement par voie physique en se décomposant de manière endothermique (e.g. libération d'eau), ce qui a pour conséquence d'abaisser la température du matériau polymère organique et de limiter la propagation des flammes le long du câble. On parle notamment de propriétés de retard à la flamme, bien connues sous l'anglicisme « flame retardant ».
  • La charge minérale ignifugeante hydratée peut être un hydroxyde métallique tel que l'hydroxyde de magnésium ou le trihydroxyde d'aluminium.
  • Lorsqu'elle est utilisée, la charge minérale ignifugeante hydratée représente de préférence de 10 à 70% en masse environ, par rapport à la masse totale du matériau polymère organique.
  • L'additif organique à structure polymère, le colorant, la charge minérale ignifugeante hydratée, et la charge inerte Cl2 ne doivent pas altérer les propriétés mécaniques (e.g. résistance à une contrainte mécanique, flexibilité, adhérence) du matériau polymère organique.
  • Selon une forme de réalisation de l'invention, la couche composite électriquement isolante est constituée dudit matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes et dudit matériau cimentaire remplissant au moins une partie desdites cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes.
  • La couche composite électriquement isolante de l'invention est de préférence une couche interne du câble de l'invention.
  • Selon l'invention, on entend par « couche interne », une couche qui ne constitue pas la couche la plus externe du câble. Plus particulièrement, une couche interne est une couche interposée entre l'élément conducteur allongé et une gaine externe de protection, notamment électriquement isolante, ladite couche étant ou non en contact physique direct avec l'élément conducteur allongé.
  • La couche composite du câble de l'invention recouvre généralement un ou plusieurs conducteurs ou se positionne sur une gaine ou couche interne du câble, elle fait alors office de bourrage.
  • La couche composite électriquement isolante de l'invention est de préférence en contact physique direct avec l'élément conducteur allongé.
  • Le câble peut comprendre une pluralité d'éléments conducteurs allongés. La couche composite électriquement isolante peut alors entourer la pluralité d'éléments conducteurs allongés du câble.
  • La couche composite électriquement isolante de l'invention est de préférence en contact physique direct avec les éléments conducteurs allongés.
  • Le câble peut comprendre une pluralité de couches composites électriquement isolantes telles que définies dans l'invention.
  • Selon une première variante de ce mode de réalisation, le câble comprend un élément conducteur allongé et la pluralité de couches composites entoure ledit élément conducteur allongé.
  • Selon une deuxième variante de ce mode de réalisation, le câble comprend une pluralité d'éléments conducteurs allongés et chacune des couches composites électriquement isolantes entoure individuellement chacun des éléments conducteurs allongés pour former des éléments conducteurs allongés isolés.
  • Selon cette deuxième variante, chacune des couches composites électriquement isolantes de l'invention est de préférence en contact physique direct avec chacun des éléments conducteurs allongés qu'elle entoure.
  • Le ou les éléments conducteurs allongés du câble de l'invention sont de préférence des éléments électriquement conducteurs allongés. Le câble est par conséquent de préférence un câble électrique.
  • Le câble de l'invention peut comprendre en outre une gaine externe de protection, notamment électriquement isolante, entourant la ou les couche(s) composite(s).
  • La gaine externe de protection est de préférence réalisée en un matériau exempt d'halogène. Elle peut être réalisée classiquement à partir de matériaux retardant la propagation de la flamme ou résistant à la propagation de la flamme. Notamment, si ces derniers ne contiennent pas d'halogène, on parle de gainage de type HFFR (pour l'anglicisme « Halogen Free Flame Retardant »).
  • La gaine représente la couche la plus externe du câble (i.e. également appelée gaine extérieure de protection).
  • Elle comprend au moins un polymère organique PO2 ou inorganique PI.
  • Le choix du polymère organique PO2 ou inorganique PI n'est pas limitatif et ceux-ci sont bien connus de l'homme du métier.
  • Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le polymère organique PO2 ou inorganique PI est choisi parmi les polymères réticulés et non réticulés.
  • Le polymère organique PO2 ou inorganique PI peut être un homo- ou un co-polymère ayant des propriétés thermoplastiques et/ou élastomères.
  • Les polymères inorganiques PI peuvent être des polyorganosiloxanes.
  • Les polymères organiques PO2 peuvent être des polyuréthanes ou des polyoléfines.
  • Les polyoléfines peuvent être choisies parmi les polymères d'éthylène et de propylène. A titre d'exemple de polymères d'éthylène, on peut citer le polyéthylène linéaire basse densité (LLDPE), le polyéthylène basse densité (LDPE), le polyéthylène moyenne densité (MDPE), le polyéthylène haute densité (HDPE), les copolymères d'éthylène et d'acétate de vinyle (EVA), les copolymères d'éthylène et d'acrylate de butyle (EBA), d'acrylate de méthyle (EMA), de 2-hexyléthyl acrylate (2HEA), les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfines tels que par exemple les polyéthylène-octène (PEO), les copolymères d'éthylène et de propylène (EPR), les terpolymères d'éthylène et de propylène (EPT) tels que par exemple les terpolymères d'éthylène propylène diène monomère (EPDM) ou un de leurs mélanges.
  • Le polymère de la gaine est de préférence un polymère organique PO2, de préférence encore un polymère d'éthylène, et de préférence encore un copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, un polyéthylène linéaire basse densité ou un de leurs mélanges.
  • La gaine externe de protection peut comprendre en outre une charge minérale ignifugeante hydratée telle que définie dans l'invention.
  • La gaine externe de protection peut comprendre en outre une charge inerte Cl2 telle que définie dans l'invention.
  • La présente invention a pour deuxième objet un procédé de fabrication d'un câble conforme au premier objet de l'invention, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
    1. i) la formation d'un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes autour d'au moins un élément conducteur allongé, à partir d'une composition polymère organique comprenant au moins un polymère organique PO1 tel que défini dans le premier objet de l'invention et au moins un agent moussant,
    2. ii) le remplissage d'au moins une partie desdites cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes par une composition cimentaire, et
    3. iii) le durcissement de la composition cimentaire pour former une couche composite électriquement isolante telle que définie dans le premier objet de l'invention.
  • Le procédé conforme à l'invention est rapide, simple et avantageux d'un point de vue économique. Il permet de fabriquer en peu d'étapes un câble présentant une bonne résistance au feu, tout en garantissant de bonnes propriétés mécaniques, notamment en termes de flexibilité.
  • L'étape i) est de préférence effectuée par chauffage de ladite composition polymère organique, notamment à une température supérieure à la température de fusion du polymère organique PO1, et expansion (ou moussage) de la composition polymère organique chauffée autour d'au moins un élément électriquement conducteur allongé.
  • Lors de l'étape i), le polymère organique PO1 fond et l'agent moussant libère un gaz qui est capable d'éclater ledit polymère organique PO1 et de former un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes.
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, l'étape i) est effectuée par extrusion à chaud de ladite composition polymère organique, notamment à une température allant de 100 à 230°C environ, et de préférence de 150°C à 210°C environ.
  • Selon ce mode de réalisation, l'agent moussant se décompose dans l'extrudeuse et le gaz libéré par l'agent moussant se solubilise dans le polymère organique PO1 fondu et s'étend jusqu'à la sortie de la filière pour former la structure moussée ou expansé (i.e. le matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes ou semi-ouvertes).
  • L'étape i) est également appelée étape de « moussage » ou d'expansion. Elle est bien connue de l'homme du métier, notamment sous l'anglicisme « foaming ».
  • Le moussage peut être caractérisé par la mesure du taux de porosité du matériau polymère organique avant l'étape ii) de remplissage.
  • L'agent moussant (ou agent d'expansion) de ladite composition polymère organique est capable de former des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes au sein dudit matériau polymère organique.
  • L'agent moussant (également connu sous l'anglicisme « foaming agent ») peut être choisi parmi les phyllosilicates hydratés telles que la bentonite, la montmorillonite, et d'autres argiles gonflantes, notamment celles présentant une structure en feuillets ou en tubes.
  • A titre d'exemple d'argile gonflante présentant une structure en tubes, on peut citer la sépiolite.
  • La structure des phyllosilicates hydratés est caractérisée par la superposition de feuillets composés de couches tétraédriques (tétraèdre d'atomes d'oxygène et un atome de silicium au centre) et de couches octaédriques (octaèdre d'atomes d'oxygène et un atome d'aluminium au centre).
  • Lorsque l'agent moussant est un phyllosilicate hydraté, l'eau contenue dans les feuillets est libérée (coupure des liaisons de Van der Waals induisant la séparation des feuillets et donc le dégagement d'eau), permettant ainsi d'éclater en surface le polymère organique en sortie d'extrudeur, ce qui forme la structure alvéolaire.
  • La bentonite est préférée.La quantité d'agent moussant détermine le taux d'expansion. La composition polymère organique de l'étape i) comprend de préférence au moins 2% en masse environ d'agent moussant, et de préférence encore au moins 5% en masse environ d'agent moussant, par rapport à la masse totale de la composition polymère organique.
  • La composition polymère organique de l'étape i) peut comprendre en outre au moins un co-agent d'expansion, notamment choisi parmi le bicarbonate de sodium, l'azodicarbonamide et un de leurs mélanges.
  • La composition polymère organique de l'étape i) peut comprendre en outre au moins une charge inerte Cl2 et/ou au moins une charge minérale ignifugeante hydratée et/ou au moins un colorant et/ou au moins un additif organique à structure polymère, les composés précités étant tels que définis dans le premier objet de l'invention.
  • Au cours de l'étape ii), la composition cimentaire remplit au moins en partie, et de préférence complètement, les cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes du matériau polymère organique.
  • Dans la présente invention, le terme « composition cimentaire » signifie une composition liquide ou pâteuse permettant de former après durcissement ou prise (sans étape de frittage) le matériau cimentaire tel que défini dans le premier objet de l'invention. Le durcissement ou la prise peut se faire par polycondensation ou hydratation.
  • La composition cimentaire de l'invention est par conséquent différente d'une composition ou poudre céramique.
  • La composition cimentaire de l'étape ii) comprend de préférence :
    • de l'eau,
    • du silicium (Si),
    • de l'aluminium (Al) ou du magnésium (Mg),
    • de l'oxygène (O), et
    • au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  • L'aluminium (Al) est préféré.
  • Selon une forme de réalisation particulièrement préférée de l'invention, la composition cimentaire est une composition comprenant au moins un mélange géopolymère, une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau, ou une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un silicate de magnésium, d'un silicate alcalin, d'une base alcaline et d'eau.
  • Selon une première variante de l'invention, elle est une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau.
  • Le ciment anhydre conventionnel est tel que défini dans le premier objet de l'invention.
  • Selon une deuxième variante de l'invention, la composition cimentaire est une composition comprenant au moins un mélange géopolymère (i.e. composition géopolymère), et de préférence au moins un mélange géopolymère aluminosilicate (i.e. composition géopolymère aluminosilicate).
  • Le mélange géopolymère aluminosilicate peut répondre à la composition molaire suivante (I) :

            w SiO2 : x Al2O3 : y M2O : z H2O     (I)

    dans laquelle :
    • M est choisi parmi Na, K, Li, Cs et un de leurs mélanges,
    • w est une valeur comprise entre 0,1 et 8 environ,
    • x est une valeur comprise entre 0,1 et 0,3 environ,
    • y est une valeur comprise entre 0,05 et 0,2 environ,
    • z est une valeur comprise entre 0,8 et 3 environ,
    ledit mélange comprenant de 40% à 79% en masse environ de matières solides (SiO2, Al2O3, M2O), par rapport à la masse totale dudit mélange géopolymère.
  • Le rapport massique eau/matière solides dans ledit mélange géopolymère détermine la cinétique de solidification lors de l'étape iii).
  • Selon une forme de réalisation préférée de l'invention, le rapport massique matières solides/eau varie de 0,6 à 1,65 environ, et encore plus préférentiellement de 0,85 à 1,40 environ. Un tel rapport massique permet d'avoir une composition cimentaire assez fluide pour permettre le remplissage des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes, et dont la cinétique de solidification est assez lente pour permettre un remplissage homogène d'un maximum de cellules avant sa solidification.
  • Le procédé peut comprendre en outre avant l'étape ii), une étape ii0) de préparation d'une composition cimentaire comprenant au moins un mélange géopolymère, en particulier un mélange géopolymère aluminosilicate.
  • L'étape ii0) est généralement effectuée à un pH élevé, notamment variant de 10 à 13 environ.
  • Lorsque la composition cimentaire comprend un mélange géopolymère aluminosilicate, l'étape ii0) comprend de préférence les sous-étapes suivantes :
    • ii0-1) une étape de préparation d'une solution aqueuse de silicate alcalin de rapport molaire SiO2/M2O allant de 1,65 à 3,4 environ, la concentration massique du silicate alcalin dans l'eau pouvant aller de 35 à 90% environ, et
    • ii0-2) une étape de mélange d'un aluminosilicate sous forme de poudre de rapport molaire Al2O3/SiO2 allant de 0,4 à 0,8 environ avec la solution aqueuse de silicate alcalin préparée à l'étape précédente, la concentration massique de l'aluminosilicate dans la solution aqueuse de silicate alcalin préparée à l'étape précédente pouvant aller de 10 à 80% environ, et de préférence de 25 à 65% environ.
  • L'aluminosilicate peut être choisi parmi le métakaolin (i.e. kaolin calciné), les cendres volantes (bien connues sous l'anglicisme « fly ash »), le laitier de haut fourneau (bien connu sous l'anglicisme « blast furnace slag »), les argiles gonflantes telles que la bentonite, les argiles calcinées, tout type de composé comprenant de l'aluminium et de la fumée de silice, les zéolithes et l'un de leurs mélanges. Parmi ces composés, le métakaolin est préféré, notamment celui commercialisé par la société Imérys.
  • La solution aqueuse de silicate alcalin peut être préparée en mélangeant du dioxyde de silicium SiO2 ou un silicate alcalin avec une base MOH dans laquelle M est K ou Na.
  • Le dioxyde de silicium SiO2 peut être choisi parmi la fumée de silice (i.e. silice pyrogénée), le quartz, et leurs mélanges.
  • Le silicate alcalin peut être choisi parmi les silicates de sodium, les silicates de potassium et l'un de leurs mélanges. Les silicates alcalins commercialisés par la société Silmaco et par la société PQ Corporation sont préférés.
  • La base MOH peut être choisie parmi KOH, NaOH et leurs mélanges.
  • L'étape ii0-1) peut être effectuée en dissolvant la base dans de l'eau, entraînant un dégagement de chaleur (réaction exothermique), puis en ajoutant la silice (ou le silicate alcalin). La chaleur dégagée accélère alors la dissolution de la silice (ou du silicate alcalin) lors de l'étape ii0-1) et de l'aluminosilicate lors de l'étape ii0-2) et de ce fait la prise du mélange géopolymère, et ainsi de la composition cimentaire.
  • A l'issue de l'étape ii0-2), la composition cimentaire présente une viscosité qui augmente avec le temps lorsqu'elle est exposée à l'air libre.
  • Selon une troisième variante de l'invention, la composition cimentaire est une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un silicate de magnésium, d'un silicate alcalin, d'une base alcaline et d'eau.
  • La base alcaline peut être KOH ou NaOH ou leur mélange.
  • Le silicate alcalin peut être choisi parmi les silicates de sodium, les silicates de potassium et l'un de leurs mélanges. Les silicates alcalins commercialisés par la société Silmaco et par la société PQ Corporation sont préférés.
  • Le silicate de magnésium peut être du talc.
  • Dans l'invention, la composition cimentaire peut comprendre en outre au moins un agent retardant la prise en masse de la composition cimentaire et/ou au moins une charge inerte CI1 et/ou au moins un dispersant et/ou au moins un composé accélérant la prise, les composés précités étant tels que définis dans le premier objet de l'invention.
  • Contrairement à la composition polymère organique, la composition cimentaire ne comprend pas de préférence d'agent moussant et/ou de co-agent d'expansion. En effet, le matériau cimentaire obtenu à partir de ladite composition cimentaire assure la cohésion de la couche composite, il est donc de préférence massif (i.e. présentant une porosité inférieure à 10% en volume environ).
  • L'étape ii) de remplissage est réalisée de préférence en immergeant l'élément conducteur allongé revêtu du matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes de l'étape i) dans ladite composition cimentaire, ou en coulant la composition cimentaire sur l'élément conducteur allongé revêtu du matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes de l'étape i).
  • L'étape ii) est de préférence réalisée en coulant la composition cimentaire sur l'élément conducteur allongé revêtu, notamment en faisant passer l'élément conducteur allongé revêtu du matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes de l'étape i), au travers d'une chambre d'enduction.
  • L'étape ii) est réalisée de préférence sous pression, notamment à l'aide d'une cellule (ou chambre) d'enduction hermétique,et à une pression allant de 0,2 à 0,8 bar environ.
  • L'étape iii) de durcissement est généralement effectuée à température ambiante, puisque la polycondensation ou l'hydratation s'effectue à température ambiante.
  • L'étape iii) peut être un simple séchage du câble comprenant ladite couche composite électriquement isolante obtenu à l'étape ii).
  • La vitesse de durcissement de l'étape iii) peut aller de 30 à 300 minutes environ à 25°C environ (i.e. à la température ambiante).
  • Cependant, il est tout à fait possible de retarder le durcissement de l'étape iii) en ajoutant à la composition cimentaire au moins un agent retardateur de la prise en masse tel que défini dans le premier objet de l'invention. Comme indiqué précédemment, l'agent retardateur est de préférence choisi parmi les lignosulfonates.
  • Il est également possible d'accélérer le durcissement de la composition cimentaire en effectuant l'étape iii) à une température allant de 40°C à 70°C environ, notamment à l'aide d'un four à convection conventionnel, d'un four à infrarouge ou d'un four à micro-ondes.
  • L'accélération du durcissement peut également être effectuée à l'aide d'un composé accélérant la prise en masse tel que défini dans le premier objet de l'invention.
  • Le procédé peut comprendre en outre avant, pendant ou après l'étape iii), une étape iv) d'application d'une gaine externe de protection, notamment électriquement isolante autour de la couche composite électriquement isolante, ladite gaine étant telle que définie dans le premier objet de l'invention.
  • La réalisation de cette gaine extérieure de protection peut notamment être réalisée par extrusion, et de préférence avant l'étape iii).
  • Les exemples suivants permettent d'illustrer la présente invention. Ils n'ont pas de caractère limitatif sur la portée globale de l'invention telle que présentée dans les revendications. Les rapports entre les oxydes sont des rapports molaires et les % indiqués sont en masse.
    • EXEMPLES
  • Les matières premières utilisées dans les exemples, sont listées ci-après :
    • bentonite, BYK, Optibent 616,
    • copolymère d'éthylène et d'acétate de vinyle, EVA UL 00328, ExxonMobil ou Evatane 2803, Arkema
    • colorant gris, PolyOne OnColor™,
    • solution aqueuse de silicate de sodium à 50% massique environ de type « waterglass », Simalco, de formule Na2O.2SiO2 et de rapport molaire SiO2/Na2O de 2 environ,
    • eau courante,
    • hydroxyde de sodium, Sigma Aldrich, de pureté > 85%,
    • aluminosilicate, PoleStar®200R, Imerys, de rapport molaire Al2O3/SiO2 de 41/55 (i.e. de 0,745 environ).
  • Sauf indications contraires, toutes ces matières premières ont été utilisées telles que reçues des fabricants.
    • Exemple 1 : préparation d'un câble résistant au feu conforme à l'invention 1.1. Préparation d'un élément électriquement conducteur allongé revêtu d'un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes (étape i)
  • Le tableau 1 ci-dessous rassemble les composés utilisés dans la composition polymère organique de l'étape i), pour former un matériau polymère organique autour d'un élément électriquement conducteur allongé.
  • Les quantités des composés sont présentées dans le tableau 1 ci-dessous et sont exprimées en % en masse par rapport à la masse totale de la composition. TABLEAU 1
    Composés % en masse
    EVA UL 00328 90,74
    Bentonite 9,08
    Colorant gris 0,18
  • La composition polymère organique a été extrudée à chaud autour d'un élément électriquement conducteur allongé en cuivre de section 1,5 mm2 à l'aide d'une extrudeuse vendue sous la dénomination commerciale FAIREX. La température au sein de l'extrudeuse allait de 70°C à 225°C environ.
  • La figure 1 représente le câble tel qu'obtenu à l'issue de l'étape i). Ledit câble comprend un élément électriquement conducteur allongé entouré par un matériau polymère organique à base d'EVA comportant des cellules ouvertes, notamment majoritairement localisées en surface dudit élément électriquement conducteur allongé.
    • 1.2. Préparation d'un mélange géopolymère aluminosilicate à titre de composition cimentaire (étape ii 0 ).
  • Une solution de silicate alcalin est préparée en mélangeant 36 g d'une solution aqueuse de silicate de sodium, 20 g d'eau et 8 g d'hydroxyde de sodium. Puis 29 g d'aluminosilicate et 10 g de talc ont été mélangés avec la solution de silicate alcalin pour former une composition géopolymère aluminosilicate.
  • Ledit mélange géopolymère aluminosilicate comprenait 68% en masse environ de matières solides par rapport à la masse totale de ladite composition.
  • Le mélange géopolymère aluminosilicate avait la composition molaire de formule (I) suivante :

            0,274 SiO2 : 0,128 Al2O3 : 0,179 Na2O : 0,915 H2O     (I)

    • 1.3. Remplissage des cellules ouvertes du matériau organique polymère par la composition cimentaire (étape ii)
  • L'étape ii) a été effectuée selon le mode opératoire suivant : en sortie d'extrudeuse, le matériau polymère organique expansé a été convoyé dans un système d'enduction composé d'une chambre maintenue sous une pression de 0,6 bar et fermée à ses deux extrémités par un jeu de filière de diamètre égal au diamètre du câble.
  • Le câble comprenant la couche composite a alors été séché à température ambiante pendant 2 heures (étape iii)). La couche composite avait une épaisseur de 0,2 mm environ.
    • 1.4. Performances du câble de l'invention
  • La couche composite du câble conforme à l'invention a été évaluée au regard des performances de résistance à la flamme et de la cohésion. Le câble tel qu'obtenu dans l'exemple 1.3, et à titre comparatif un câble non conforme à l'invention comprenant à la place de la couche composite de l'invention, une couche constituée uniquement de copolymère EVA UL 00328 à titre de matériau polymère organique et sans matériau cimentaire, ont été soumis au test de propagation de la flamme. Ce test a été effectué selon la norme IEC 600332-1 et consiste à exposer le câble à une flamme de puissance 1 kW environ pendant 60 secondes environ.
  • Les résultats de ce test sont présentés dans le tableau 2 ci-dessous : TABLEAU 2
    Câble Hauteur de la flamme (en mm) Durée de la flamme (en min)
    Câble conforme à l'invention de l'exemple 1.3 105,00 1,25
    Câble non conforme à l'invention 360,00 4,02
  • Les résultats présentés dans le tableau 2 confirment la résistance au feu du câble de l'invention. Par ailleurs, après le test, la couche composite du câble conforme à l'invention présente une bonne cohésion, n'est pas friable et ne propage pas l'incendie.
    • Exemple 2 : préparation d'un câble résistant au feu conforme à l'invention
  • Un câble conforme à l'invention a été préparé comme dans l'exemple 1, en utilisant la même composition polymère organique que dans l'exemple 1.1 et en remplaçant le mélange géopolymère aluminosilicate de l'exemple 1.2 par une composition cimentaire comprenant au moins un mélange constitué d'un silicate de magnésium, d'un silicate alcalin, d'une base alcaline et d'eau.
  • La composition cimentaire a été préparée de la façon suivante [étape ii)] : une solution de silicate alcalin est préparée en mélangeant 36 g d'une solution aqueuse de silicate de sodium, 20 g d'eau et 8 g d'hydroxyde de sodium. Puis 39 g de talc ont été mélangés avec la solution de silicate alcalin pour former une composition cimentaire.
  • Les étapes ii) et iii) ont été effectuées comme dans l'exemple 1.2. La couche composite avait une épaisseur de 0,2 mm environ.
  • Elle a été évaluée au regard des performances de résistance à la flamme et de la cohésion comme dans l'exemple 1.4. Les résultats de ce test sont présentés dans le tableau 3 ci-dessous : TABLEAU 3
    Câble Hauteur de la flamme (en mm) Durée de la flamme (en min)
    Câble conforme à l'invention de l'exemple 2 105,00 1,49
  • Les résultats présentés dans le tableau 3 confirment la résistance au feu du câble de l'invention. Par ailleurs, après le test, la couche composite du câble conforme à l'invention présente une bonne cohésion, n'est pas friable et ne propage pas l'incendie.

Claims (17)

  1. Câble d'énergie et/ou de télécommunication comprenant au moins un élément conducteur allongé et au moins une couche composite électriquement isolante entourant ledit élément conducteur allongé, caractérisé en ce que la couche composite électriquement isolante comprend un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes, et un matériau cimentaire remplissant au moins une partie desdites cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes.
  2. Câble selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau cimentaire comprend du silicium (Si), de l'aluminium (Al) ou du magnésium (Mg), de l'oxygène (O) et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  3. Câble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau cimentaire comprend un ciment géopolymère, ou est issu d'au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau ou d'au moins un mélange constitué d'un silicate alcalin, d'un silicate de magnésium, d'une base alcaline et d'eau.
  4. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche composite électriquement isolante présente une épaisseur allant de 0,1 à 3 mm.
  5. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau cimentaire représente de 30 à 80% en masse, par rapport à la masse totale de ladite couche composite électriquement isolante.
  6. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau polymère organique comprend un ou plusieurs polymère(s) organique(s) PO1 choisis parmi les polyéthylènes linéaires basse densité ; les polyéthylènes très basse densité ; les polyéthylènes basse densité ; les polyéthylènes moyenne densité ; les polyéthylènes haute densité ; les copolymères d'éthylène-propylène ; les terpolymères éthylène propylène diène monomères ; les copolymères d'éthylène et de vinyle ester ; les copolymères d'éthylène et d'acrylate ; les copolymères d'éthylène et d'alpha-oléfine ; les polymères d'oléfine fonctionnalisés ; les polypropylènes ; les copolymères du propylène ; les copolymères de styrène-butadiène ; les copolymères de styrène-butadiène-éthylène ; et tous les dérivés des copolymères de styrène-éthylène.
  7. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau polymère organique comprend en outre au moins une charge inerte Cl2.
  8. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche composite électriquement isolante est une couche interne du câble.
  9. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la couche composite électriquement isolante est en contact physique direct avec l'élément conducteur allongé.
  10. Câble selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une gaine externe de protection entourant la ou les couche(s) composite(s).
  11. Procédé de fabrication d'un câble tel que défini à l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend au moins les étapes suivantes :
    i) la formation d'un matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes autour d'au moins un élément conducteur allongé, à partir d'une composition polymère organique comprenant au moins un polymère organique PO1 et au moins un agent moussant,
    ii) le remplissage d'au moins une partie desdites cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes par une composition cimentaire, et
    iii) le durcissement de la composition cimentaire pour former une couche composite électriquement isolante telle que définie à l'une quelconque des revendications 1 à 9.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'étape i) est effectuée par extrusion à chaud de ladite composition polymère organique.
  13. Procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce que l'agent moussant est choisi parmi les phyllosilicates hydratés et d'autres argiles gonflantes.
  14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, caractérisé en ce que la composition polymère organique de l'étape i) comprend au moins 2% en masse d'agent moussant, par rapport à la masse totale de ladite composition polymère organique.
  15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que la composition cimentaire de l'étape ii) comprend de l'eau, du silicium (Si), de l'aluminium (Al) ou du magnésium (Mg), de l'oxygène (O) et au moins un élément choisi parmi le potassium (K), le sodium (Na), le lithium (Li), le césium (Cs) et le calcium (Ca).
  16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 15, caractérisé en ce que la composition cimentaire est une composition comprenant au moins un mélange géopolymère ou une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un ciment anhydre conventionnel et d'eau ou une composition comprenant au moins un mélange constitué d'un silicate alcalin, d'un silicate de magnésium, d'une base alcaline et d'eau.
  17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 11 à 16, caractérisé en ce que l'étape ii) de remplissage est réalisée en immergeant l'élément conducteur allongé revêtu du matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes de l'étape i) dans ladite composition cimentaire, ou en coulant la composition cimentaire sur l'élément conducteur allongé revêtu du matériau polymère organique comportant des cellules ouvertes et/ou semi-ouvertes de l'étape i).
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